RU2446928C1 - Aluminothermic reaction mix for welding railway rails by intermediate casting - Google Patents

Aluminothermic reaction mix for welding railway rails by intermediate casting Download PDF

Info

Publication number
RU2446928C1
RU2446928C1 RU2010133287/02A RU2010133287A RU2446928C1 RU 2446928 C1 RU2446928 C1 RU 2446928C1 RU 2010133287/02 A RU2010133287/02 A RU 2010133287/02A RU 2010133287 A RU2010133287 A RU 2010133287A RU 2446928 C1 RU2446928 C1 RU 2446928C1
Authority
RU
Russia
Prior art keywords
scale
mixture
steel
particles
powder
Prior art date
Application number
RU2010133287/02A
Other languages
Russian (ru)
Inventor
Владимир Иосифович Карабанов (RU)
Владимир Иосифович Карабанов
Александр Робертович Ленский (RU)
Александр Робертович Ленский
Original Assignee
Закрытое акционерное общество "СНАГА"
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Закрытое акционерное общество "СНАГА" filed Critical Закрытое акционерное общество "СНАГА"
Priority to RU2010133287/02A priority Critical patent/RU2446928C1/en
Application granted granted Critical
Publication of RU2446928C1 publication Critical patent/RU2446928C1/en

Links

Images

Abstract

FIELD: process engineering.
SUBSTANCE: invention relates to production of aluminothermic reaction mix for welding railway rails by intermediate casting. Proposed mix comprises scale modified by calcination at 150-1000°C and air blowing, metal aluminium as reducing agent, alloying admixtures in the form of ferroalloys and metals, and steel filler. All components are mixed to uniform distribution over mix volume and formation of bonded-dispersed structured system stabilised by vacuuming in elastic airtight package. Process line comprises bin for metal oxide scale connected by conveyor with scale grinder, magnetic separator, calcination kiln with blower, vibration screen, mixer, packing assembly with vacuum press and sealing apparatus. Note here that mixer is connected with collection bins for metal aluminium, alloying additives in the form of scale and steel filler.
EFFECT: stability, repeatability and controllability of chemical reaction parameters, higher quality of alloying.
9 cl, 1 dwg

Description

Изобретение относится к алюминотермитной реакционной смеси, обеспечивающей протекание экзотермической химической реакции и получение жидкой стали для промежуточного литья между концами железнодорожных рельсов для их сварки.The invention relates to an aluminothermic reaction mixture providing an exothermic chemical reaction and the production of liquid steel for intermediate casting between the ends of railway rails for their welding.

Алюминотермитная реакционная смесь может быть использована для сварки всех видов рельсов, в частности, рельсов трамвайных путей, контактных рельсов в метрополитенах, подкрановых рельсов и рельсов другого назначения.The aluminothermic reaction mixture can be used for welding all types of rails, in particular, tramway rails, contact rails in subways, crane rails and other rails.

Алюминотермитные реакции и смеси для их проведения известны более 100 лет.Aluminothermic reactions and mixtures for their implementation have been known for over 100 years.

Основное назначение алюминотермитной реакционной смеси при сварке рельсов состоит в обеспечении протекания двух процессов: химической реакции, продуктом которой является железо, и металлургического процесса плавки стали заданного химического состава, обеспечивающей надежность и долговечность сварного соединения железнодорожных рельсов, безопасность при высоких скоростях движения подвижного железнодорожного состава и увеличенной грузонапряженности пути.The main purpose of the aluminothermic reaction mixture when welding rails is to ensure the flow of two processes: a chemical reaction, the product of which is iron, and the metallurgical process of steel melting of a given chemical composition, ensuring reliability and durability of the welded joint of railway rails, safety at high speeds of rolling stock and increased load path.

Алюминотермитная химическая реакция основана на восстановлении железа из его оксидов путем окисления алюминия и относится к экзотермическим реакциям. Выделившееся в результате химической реакции избыточное тепло обеспечивает процесс варки стали, при котором происходит разделение железа с равномерно распределенными легирующими примесями и расплавленного шлака, состоящего из образовавшихся оксидов алюминия, и обеспечить температуру стали для промежуточного литья.The aluminothermic chemical reaction is based on the reduction of iron from its oxides by oxidation of aluminum and refers to exothermic reactions. The excess heat released as a result of the chemical reaction provides the steel cooking process, in which iron is separated with evenly distributed alloying impurities and molten slag, consisting of the formed aluminum oxides, and to ensure the temperature of the steel for intermediate casting.

Алюминотермитная реакционная смесь представляет собой полидисперсную систему. Вещества, входящие в состав алюминотермитной реакционной смеси, находятся в диспергированном состоянии с частицами разных размеров и форм.The aluminothermic reaction mixture is a polydisperse system. The substances that make up the aluminothermic reaction mixture are dispersed with particles of different sizes and shapes.

Инициирование алюминотермической реакции осуществляют локально с помощью специальной запальной спички с температурой порядка 1500°С. Реакция развивается в объеме полидисперсной системы и переводит ее из твердого состояния в жидкое в виде расплавленного металла.The initiation of the aluminothermic reaction is carried out locally using a special ignition match with a temperature of about 1500 ° C. The reaction develops in the volume of the polydisperse system and transfers it from a solid to a liquid state in the form of molten metal.

Основная сложность в проведении алюминотермитной химической реакции с последующей стадией выплавки стали заключается в получении стабильности и повторяемости ее параметров: скорости, равномерности, времени протекания, температуры, количестве выделившегося тепла, возможности управления процессом и изменения параметров, от которых зависит качество термитного металла и сварного соединения рельсов.The main difficulty in carrying out an aluminothermic chemical reaction with a subsequent stage of steelmaking is to obtain stability and repeatability of its parameters: speed, uniformity, flow time, temperature, amount of heat released, process control capabilities and parameter changes on which the quality of the termite metal and welded joint depend rails.

Стабильность и повторяемость параметров алюминотермитной химической реакции особенно важны при сварке железнодорожных рельсов, поскольку от качества сварного шва зависит безопасность движения на железной дороге.The stability and repeatability of the aluminothermic chemical reaction parameters are especially important when welding railway rails, since the safety of movement on the railway depends on the quality of the weld.

Для равномерного и эффективного протекания химической реакции составляющие элементы должны быть равномерно распределены в объеме и представлять собой связнодисперсную структурированную систему, элементарные объемы которой содержат полный состав исходных компонентов.For a uniform and effective chemical reaction, the constituent elements must be evenly distributed in the volume and represent a coherent dispersed structured system, the elementary volumes of which contain the complete composition of the starting components.

До настоящего времени сыпучие компоненты из промышленного сырья, входящие в состав алюминотермитных реакционных смесей, с точки зрения химического состава и формы частиц, их влияния на кинетику химической реакции восстановления железа из окислов, были изучены недостаточно и алюминотермитные смеси приготавливали по процентному содержанию входящих элементов, исходя из стехиометрических соотношений, без четкого фракционирования и создания связнодисперсной системы, что не обеспечивает получение термитного металла высокого и стабильного качества для сварки железнодорожных рельсов.To date, bulk components from industrial raw materials that are part of aluminothermic reaction mixtures, from the point of view of the chemical composition and shape of the particles, their effect on the kinetics of the chemical reaction of iron reduction from oxides, have been studied insufficiently and aluminothermic mixtures were prepared by the percentage of incoming elements, based from stoichiometric ratios, without clear fractionation and the creation of a coherent dispersed system, which does not provide a high and stable termite metal Quality for welding rail.

Для приготовления термитных смесей в промышленных масштабах с экономической точки зрения целесообразно использовать в качестве сырья отходы промышленного производства, в первую очередь железную окалину, которая образуется на металлургических и машиностроительных предприятиях. Применение промышленной окалины существенно усложняет управление и получение повторяемости результатов алюминотермической реакции, так как фазовый состав этой окалины отличается по химическому составу оксидов и по размеру и форме образующих их частиц.From an economic point of view, it is advisable to use industrial waste, primarily iron oxide, which is produced at metallurgical and machine-building enterprises, as a raw material for preparing thermite mixtures on an industrial scale. The use of industrial scale significantly complicates the management and obtaining the repeatability of the results of the aluminothermic reaction, since the phase composition of this scale differs in the chemical composition of the oxides and in the size and shape of the particles forming them.

В известной алюминотермической реакционной смеси для улучшения воспроизводимости алюминотермитной химической реакции предложено задачу структурирования дисперсной системы решать с помощью гранулирования части оксидов железа в виде шаровидных частиц и добавления их в состав смеси, а для предотвращения расслоения предложено вводить в смесь частицы алюминия угловатой формы (патент фирмы Электро-Термит ГмбХ (DE) RU №2102495, C21B 15/02, C22B 5/04, с приоритетом от 1993.07.12).In the known aluminothermic reaction mixture, to improve the reproducibility of the aluminothermic chemical reaction, it is proposed to solve the problem of structuring the dispersed system by granulating some iron oxides in the form of spherical particles and adding them to the mixture, and to prevent delamination, it is proposed to introduce angular-shaped aluminum particles into the mixture (Electro patent -Termit GmbH (DE) RU No. 2102495, C21B 15/02, C22B 5/04, with priority dated 1993.07.12).

Недостаток указанного известного решения заключается в том, что, помимо дополнительных затрат на гранулирование, уменьшается реакционная поверхность оксида железа, влияющая на кинетику химической реакции.The disadvantage of this known solution is that, in addition to the additional costs of granulation, the reaction surface of iron oxide is reduced, affecting the kinetics of the chemical reaction.

Другим недостатком рассматриваемого решения является использование монорецептур по оксидам железа, которые дают различный тепловой эффект.Another disadvantage of this solution is the use of monoreceptions for iron oxides, which give a different thermal effect.

Кроме того, предложенные смеси с монорецептурами по оксидам железа требуют, в случае приготовления с применением железной окалины из промышленных отходов, их разделения, так как указанная окалина состоит из различных по химическому составу оксидов железа: вюстита (FeO), магнетита (Fe3O4) и гематита (Fe2O3), что сложно и экономически неэффективно.In addition, the proposed mixtures with monoreceptions for iron oxides require, in the case of preparation using iron scale from industrial wastes, their separation, since this scale consists of iron oxides of different chemical composition: wustite (FeO), magnetite (Fe 3 O 4 ) and hematite (Fe 2 O 3 ), which is difficult and economically inefficient.

Предложение о предотвращении расслоения путем введения в смеси частиц алюминия угловатой формы обеспечит только временный эффект за счет создания связнодисперсной системы, который будет нарушен при транспортной тряске, так как система не является плотноупакованной и образующие ее частицы имеют различный фракционный состав и форму.The proposal to prevent delamination by introducing angular-shaped aluminum particles into the mixture will provide only a temporary effect due to the creation of a coherent disperse system that will be disrupted by transport shaking, since the system is not closely packed and the particles that form it have different fractional composition and shape.

Известна алюминотермитная реакционная смесь для сварки железнодорожных рельсов методом промежуточного литья, содержащая в стехиометрическом соотношении оксиды железа в виде промышленных отходов, металлический алюминий в качестве восстановителя, легирующие добавки в виде ферросплавов и металлов и стальной наполнитель, при этом для сокращения времени реакции смесь содержит оксид железа или оксиды других металлов в виде пудры (см. GB 1223977, C22B 5/04, опубл. 1971 - прототип).Known aluminothermic reaction mixture for welding rail rails by the method of intermediate casting, containing in a stoichiometric ratio iron oxides in the form of industrial waste, metal aluminum as a reducing agent, alloying additives in the form of ferroalloys and metals and a steel filler, while to reduce the reaction time the mixture contains iron oxide or oxides of other metals in the form of powder (see GB 1223977, C22B 5/04, publ. 1971 - prototype).

Недостатком известной смеси является то, что в используемой в ее составе окалине присутствует окись железа FeO снижающая качество выплавляемой стали по следующим причинам: истинная температура разливки стали составляет примерно 1550°С; следовательно, пленка окиси железа (FeO), плавящаяся при температуре 1370°С, будет сильно перегрета и, обладая большой жидкоподвижностью, легко проникает в поры формы и вступает в химическое соединение с материалом формы с образованием пригара, образует шлак, пригорающий к отливке, что нарушает качество металла сварного шва.A disadvantage of the known mixture is that iron oxide FeO is present in the scale used in its composition, which reduces the quality of the steel being smelted for the following reasons: the true temperature of steel casting is approximately 1550 ° C; therefore, the film of iron oxide (FeO), melting at a temperature of 1370 ° C, will be greatly overheated and, having great fluidity, easily penetrates the pores of the mold and chemically joins the mold material to form a burn, forms a slag sticking to the casting, which violates the quality of the weld metal.

Кроме того, добавка оксида железа в виде пудры не обеспечивает равномерность волны горения, стабильность экзотермической реакции, а сокращение времени реакции нарушает процесс выплавки качественной стали для промежуточного литья.In addition, the addition of iron oxide in the form of powder does not ensure uniformity of the combustion wave, stability of the exothermic reaction, and the reduction of the reaction time disrupts the smelting of high-quality steel for intermediate casting.

Из-за неравномерного распределения легирующих добавок, а также из-за уноса части этих добавок со шлаком снижается качество выплавляемой стали для промежуточного литья.Due to the uneven distribution of alloying additives, as well as due to the entrainment of some of these additives with slag, the quality of the smelted steel for intermediate casting is reduced.

Задача изобретения заключается в создании алюминотермитной реакционной смеси для сварки железнодорожных рельсов, обеспечивающей получение стали высокого качества для промежуточного литья при использовании в ее составе промышленных отходов в виде железной окалины.The objective of the invention is to create an aluminothermic reaction mixture for welding rail rails, providing high-quality steel for intermediate casting when industrial waste is used in its composition in the form of iron oxide.

Технический результат заключается в обеспечении стабильности, повторяемости и управления параметрами алюминотермитной химической реакции, в повышении качества легирования термитного металла за счет лучшего распределения легирующих добавок в его структуре, в сокращении потерь легирующих элементов из-за уноса их со шлаком и в поддержании стабильности связнодисперсной структурированной системы с исключением расслоения реакционной смеси при ее транспортировке к месту сварки рельсов.The technical result consists in ensuring stability, repeatability and controlling the parameters of aluminothermic chemical reaction, in improving the quality of alloying of termite metal due to a better distribution of alloying additives in its structure, in reducing losses of alloying elements due to their entrainment to slag, and in maintaining the stability of a coherent dispersed structured system with the exception of stratification of the reaction mixture during its transportation to the rail welding site.

Указанная задача и технический результат достигаются алюминотермитной реакционной смесью для сварки железнодорожных рельсов методом промежуточного литья, содержащей в стехиометрическом соотношении оксиды железа в виде промышленных отходов, металлический алюминий в качестве восстановителя, легирующие добавки в виде ферросплавов и металлов и стальной наполнитель, причем в качестве оксидов железа она содержит окалину, модифицированную в полном объеме прокаливанием при температуре в интервале 150-1000°С с одновременной продувкой воздухом, при этом все компоненты смеси перемешаны до равномерного распределения компонентов в объеме смеси и образования связнодисперсной структурированной системы, которая стабилизирована путем вакуумирования в эластичной воздухонепроницаемой упаковке.The specified task and technical result are achieved by an aluminothermic reaction mixture for welding rail rails by the intermediate casting method, containing stoichiometric iron oxides in the form of industrial waste, metal aluminum as a reducing agent, alloying additives in the form of ferroalloys and metals and steel filler, and as iron oxides it contains scale, fully modified by calcination at a temperature in the range of 150-1000 ° С with simultaneous air purging m, thus all the components of the mixture are mixed to a uniform distribution of the components in the mixture and formation svjaznodispersnye structured system, which is stabilized by evacuating a flexible airtight packaging.

А также тем, что она содержит окалину с однородными по размеру частицами, выбранными из диапазона частиц с размером 0,1-5 мм, обеспечивающими заданную скорость реакции и интервал времени для выплавки стали.And also the fact that it contains scale with particles of uniform size selected from a range of particles with a size of 0.1-5 mm, providing a given reaction rate and a time interval for steelmaking.

А также тем, что она содержит металлический алюминий двух фракций в виде пудры в количестве 8-12 мас.% и в виде порошка - остальное.And also the fact that it contains metallic aluminum of two fractions in the form of powder in the amount of 8-12 wt.% And in the form of powder - the rest.

А также тем, что в качестве легирующих добавок она содержит окалину, взятую после ковки или прокатки заготовок из легированной стали.And also by the fact that, as alloying additives, it contains scale taken after forging or rolling alloy steel billets.

Указанная задача и технический результат достигаются также способом приготовления алюминотермитной реакционной смеси для сварки железнодорожных рельсов методом промежуточного литья, включающим смешивание в стехиометрическом соотношении оксидов железа в виде окалины, металлического алюминия в качестве восстановителя, легирующих добавок в виде ферросплавов и металлов и стального наполнителя, при этом перед смешиванием окалину модифицируют в полном объеме прокаливанием при температуре в интервале 150-1000°С с одновременной продувкой воздухом, перемешивание проводят до равномерного распределения компонентов в объеме смеси и образования связнодисперсной структурированной системы и осуществляют стабилизацию связнодисперсной структурированной системы путем вакуумирования в эластичной воздухонепроницаемой упаковке.This task and the technical result are also achieved by the method of preparing an aluminothermic reaction mixture for welding rail rails by the method of intermediate casting, including mixing in a stoichiometric ratio of iron oxides in the form of scale, aluminum metal as a reducing agent, alloying additives in the form of ferroalloys and metals and a steel filler, while before mixing, the scale is modified in its entirety by calcination at a temperature in the range of 150-1000 ° С with simultaneous purging in with air, mixing is carried out until the components are distributed evenly in the volume of the mixture and a coherent dispersed structured system is formed and the coherent dispersed structured system is stabilized by evacuation in an elastic airtight package.

А также тем, что используют окалину с однородными по размеру частицами, выбранными из диапазона частиц с размером 0,1-5 мм.And also the fact that using scale with uniformly sized particles selected from the range of particles with a size of 0.1-5 mm.

А также тем, что используют металлический алюминий двух фракций в виде пудры в количестве 8-12 мас.% и в виде порошка - остальное.And also the fact that they use metallic aluminum of two fractions in the form of powder in an amount of 8-12 wt.% And in the form of a powder - the rest.

А также тем, что в качестве легирующих добавок в смесь вводят окалину, взятую после ковки или прокатки заготовок из легированной стали.And also by the fact that, as alloying additives, dross taken after forging or rolling alloy steel billets is introduced into the mixture.

Указанная задача и технический результат достигаются при использовании технологической линии приготовления алюминотермитной реакционной смеси для сварки железнодорожных рельсов методом промежуточного литья, содержащей накопительный бункер для оксидов железа в виде окалины, связанный транспортером с измельчителем окалины, магнитный сепаратор, печь прокаливания с вентилятором, вибрационное сито для фракционирования модифицированной окалины, смеситель для образования готовой смеси в виде связнодисперсной структурированной системы, фасовочный агрегат с вакуумным прессом для вакуумирования воздухонепроницаемой упаковки с готовой смесью и аппаратом для герметизации указанной упаковки, при этом смеситель связан также с накопительными бункерами для металлического алюминия крупной фракции и мелкой фракции, легирующих добавок в виде окалины и стального наполнителя.The specified task and technical result are achieved by using the production line for preparing aluminothermic reaction mixture for welding rail rails by the intermediate casting method, containing a storage bin for iron oxides in the form of scale, connected by a conveyor to a scale mill, a magnetic separator, an annealing furnace with a fan, a vibrating sieve for fractionation modified scale, mixer for the formation of the finished mixture in the form of a coherent dispersed structured system s, a filling unit with a vacuum press for evacuating an airtight package with the finished mixture and an apparatus for sealing the specified package, while the mixer is also connected to storage bins for large-sized and fine metal aluminum alloys, alloying additives in the form of scale and steel filler.

Пудра имеет частицы алюминия в виде слоистой структуры с частицами пластинчатой формы размером до 0,05 мм.The powder has aluminum particles in the form of a layered structure with lamellar particles up to 0.05 mm in size.

Порошок представлен частицами алюминия закругленной каплевидной формы размером 1,0-1,5 мм.The powder is represented by aluminum particles of a rounded drop-shaped shape with a size of 1.0-1.5 mm.

Окалина, образующаяся на металлургическом предприятии при прокатке заготовок из легированной стали, состоит из вюстита - FeO (92…95%) и магнетита - Fe3O4. (5…8%)The dross formed at the metallurgical enterprise during rolling of alloy steel billets consists of wustite - FeO (92 ... 95%) and magnetite - Fe 3 O 4 . (5 ... 8%)

Окалина на машиностроительных предприятиях является отходом после ковки заготовок из легированной стали кузнечнопрессового производства и содержит FeO (58…63%) и Fe2O3 + Fe3O4 (31…36%).Scale at machine-building enterprises is a waste after forging of alloy steel billets of forging and production and contains FeO (58 ... 63%) and Fe 2 O 3 + Fe 3 O 4 (31 ... 36%).

Основу алюминотермитной реакционной смеси составляет железная окалина - 60…80 массовых процентов, в зависимости от рецептуры. От физико-химических свойств исходной окалины в смеси зависит качество сварного соединения.The basis of the aluminothermic reaction mixture is iron oxide - 60 ... 80 mass percent, depending on the formulation. The quality of the welded joint depends on the physicochemical properties of the initial scale in the mixture.

Оксиды железа в промышленной окалине имеют различные физико-химические свойства - различаются по массам молекулы и содержанию кислорода, кристаллической решетке, температуре плавления и плотности.Iron oxides in industrial scale have different physicochemical properties - they differ in molecular weight and oxygen content, crystal lattice, melting point and density.

Для оптимизации состава промышленной окалины в алюминотермитной реакционной смеси было предложено выполнить модификацию ее состава (изменение химического состава путем предварительной термической обработки в виде прокаливания, например, в печах с электрическим или газовым нагревом), при температуре от 150°С до 1000°С.To optimize the composition of industrial scale in an aluminothermic reaction mixture, it was proposed to modify its composition (changing the chemical composition by preliminary heat treatment in the form of calcination, for example, in furnaces with electric or gas heating), at temperatures from 150 ° C to 1000 ° C.

Диапазон минимальной и максимальной температуры прокаливания определен опытным путем в зависимости от качества и процентного содержания различных по фазовому составу оксидов в исходном сырье до завершения их преобразования в однородный по форме оксид железа, а также от удаления примесей в виде, например, масел и остатков охлаждающих растворов.The range of minimum and maximum calcination temperatures is determined empirically depending on the quality and percentage of phase-different oxides in the feedstock until they are converted to a uniform iron oxide, as well as on the removal of impurities in the form, for example, of oils and residues of cooling solutions .

Для повышения эффективности процесса модификации окалины при его проведении, т.е. одновременно с прокаливанием, было предложено продувать окалину при прокаливании окружающим воздухом, например, с помощью вентилятора, или создания естественной циркуляции воздуха в печи, что обеспечивает дополнительное поступление кислорода в реакционную зону и способствует ее более полному доокислению с получением стабильной, химически однородной модифицированной железной окалины.To increase the efficiency of the process of modification of scale during its implementation, i.e. at the same time as calcination, it was proposed to blow the scale when calcining with ambient air, for example, using a fan, or to create a natural air circulation in the furnace, which provides additional oxygen to the reaction zone and contributes to its more complete oxidation with obtaining a stable, chemically uniform modified iron scale .

Процесс модификации промышленной окалины обеспечивает повышение качества выплавляемой стали за счет уменьшения или полного исключения окиси железа FeO из состава окалины для термитной смеси.The process of modifying industrial scale provides an increase in the quality of steel being smelted by reducing or completely eliminating iron oxide FeO from the scale composition for a termite mixture.

Анализ кинетики протекания химической реакции в дисперсных средах показывает, что стабильность и повторяемость процесса увеличивается при повышении однородности по размеру частиц, образующих дисперсную систему.An analysis of the kinetics of the chemical reaction in dispersed media shows that the stability and repeatability of the process increases with increasing uniformity in size of the particles forming the dispersed system.

Для использования этого эффекта было выполнено измельчение модифицированной железной окалины и ее фракционирование с выделением и включением в состав смеси однородных частиц, размер которых выбирался, в зависимости от требований к качеству термитной стали, в диапазоне от 0,1 до 5 мм.To use this effect, the modified iron scale was grinded and fractionated with the selection and inclusion of homogeneous particles, the size of which was selected, depending on the quality requirements of the thermite steel, in the range from 0.1 to 5 mm.

Включением в состав реакционной смеси определенной однородной фракции железной окалины удалось обеспечить воспроизводимую реакцию с заданным интервалом времени, необходимым для качественной выплавки термитной стали и своевременного открытия затвора для промежуточного литья и сварки рельсов.By incorporating a certain homogeneous fraction of iron oxide into the composition of the reaction mixture, it was possible to provide a reproducible reaction with a given time interval necessary for high-quality smelting of termite steel and timely opening of the shutter for intermediate casting and welding of rails.

Изменяя соотношение фракционных составов в смеси, удалось осуществить управление параметрами алюминотермитной химической реакции путем регулирования продолжительности реакции восстановления железа и выплавки термитной стали с различными свойствами благодаря тому, что были подобраны скорости реакции, исключающие потери легирующих элементов при отделении шлака от расплава металла.By changing the ratio of fractional compositions in the mixture, it was possible to control the parameters of the aluminothermic chemical reaction by adjusting the duration of the iron reduction reaction and smelting of thermite steel with various properties due to the fact that reaction rates were selected that exclude the loss of alloying elements during the separation of slag from the molten metal.

Стабильность и повторяемость экзотермической химической реакции существенным образом зависит от устойчивости горения реакционной смеси. На устойчивость горения реакционной дисперсной смеси влияет равномерность распределения реагирующих компонентов термитной составляющей по всему объему с образованием однородной пространственной структуры, обеспечивающей непрерывную волну горения с постоянным температурным профилем.The stability and repeatability of an exothermic chemical reaction substantially depends on the stability of the combustion of the reaction mixture. The combustion stability of the reaction dispersed mixture is affected by the uniform distribution of the reacting components of the termite component throughout the volume with the formation of a homogeneous spatial structure that provides a continuous combustion wave with a constant temperature profile.

Сложность обеспечения качественного смешения компонентов реакционной смеси заключается в том, что в состав смеси входят вещества, различающиеся по плотности и размеру частиц. Для обеспечения качественного смешения было предложено и выполнено механическое разделение непрерывных потоков перемешиваемых сыпучих продуктов на микрообъемы в единицу времени с образованием структур в виде каркасов из частиц смешиваемых компонентов, которые связываются механически друг с другом, ограничивают текучесть дисперсной системы и придают ей способность сохранять форму в виде псевдообразного твердого вещества.The difficulty in ensuring high-quality mixing of the components of the reaction mixture lies in the fact that the composition of the mixture includes substances that differ in density and particle size. To ensure high-quality mixing, it was proposed and performed the mechanical separation of continuous flows of mixed bulk products into microvolumes per unit time with the formation of structures in the form of scaffolds from particles of mixed components that mechanically bind to each other, limit the fluidity of the dispersed system and give it the ability to maintain shape in the form pseudo-solid.

В результате обеспечения смешения сыпучих компонентов реакционной смеси образуется связнодисперсная структурированная система с равномерным распределением компонентов в объеме смеси. Однако эта система не обладает достаточной устойчивостью. При транспортировке, из-за разного удельного веса образующих систему компонентов, возможно ее расслоение, что нарушит параметры химической реакции, приведет к нестабильности.As a result of mixing the bulk components of the reaction mixture, a coherent dispersed structured system is formed with a uniform distribution of the components in the volume of the mixture. However, this system does not have sufficient stability. During transportation, due to the different specific gravity of the components forming the system, it is possible to delaminate, which will violate the parameters of the chemical reaction and lead to instability.

Для повышения степени сохранения стабильности связнодисперсной структурированной системы было предложено применить структурно-механический фактор стабилизации дисперсной системы в виде вакуумирования реакционной смеси после перемешивания и размещения в эластичной воздухонепроницаемой, например, полиэтиленовой, упаковке, перед транспортировкой к месту применения, что обеспечивает стабильность горения и качество выплавляемой стали для сварки рельсов.To increase the degree of stability stability of a coherent dispersed structured system, it was proposed to use the structural-mechanical stabilization factor of the disperse system in the form of evacuating the reaction mixture after stirring and placing it in an elastic airtight, for example, polyethylene, package, before transportation to the place of use, which ensures combustion stability and quality steel for welding rails.

Инициатором алюминотермитной реакции является внешний источник горения в виде специальной запальной спички, которую погружают в дисперсную структурированную систему. Стабильность и повторяемость параметров реакции зависит от стабильности ее зажигания.The initiator of the aluminothermic reaction is an external source of combustion in the form of a special ignition match, which is immersed in a dispersed structured system. The stability and repeatability of the reaction parameters depends on the stability of its ignition.

Изучение горения алюминия в дисперсной форме показало, что он обладает повышенной реакционной способностью с уменьшением размера частиц, что объясняется возрастанием удельной поверхности контакта с кислородом и невозможностью отвода выделяющейся энергии вглубь металла из-за малости размера частиц. В результате подъема температуры ослабляются защитные свойства окисной пленки и требуется меньшая температура нагрева для зажигания смеси.A study of the combustion of aluminum in dispersed form showed that it has increased reactivity with a decrease in particle size, which is explained by an increase in the specific contact surface with oxygen and the inability to remove the released energy deep into the metal due to the small particle size. As a result of the temperature rise, the protective properties of the oxide film are weakened and a lower heating temperature is required to ignite the mixture.

Исходя из этого для улучшения зажигания алюминотермитной смеси было предложено вводить в состав реакционной смеси металлический алюминий различных фракционных составов: в виде пудры с частицами алюминия в виде слоистой структуры с частицами пластинчатой формы в количестве 8-12% от общего количества металлического алюминия (размер частиц 0,05 мм и менее) и остальное в виде порошка с частицами закругленной каплевидной формы (размером 1,0-1,5 мм).Based on this, in order to improve the ignition of the aluminothermic mixture, it was proposed to introduce metallic aluminum of various fractional compositions into the composition of the reaction mixture: in the form of powder with aluminum particles in the form of a layered structure with lamellar particles in the amount of 8-12% of the total amount of aluminum metal (particle size 0 , 05 mm or less) and the rest is in the form of a powder with particles of a rounded drop-shaped shape (1.0-1.5 mm in size).

Опытным путем было установлено, что введение в состав металлического алюминия в виде пудры более 12% нежелательно, так как приводит к бурному течению химической реакции с выносом реагирующих веществ из зоны плавления. Уменьшение количества пудры менее 8% не обеспечивает требуемую равномерность температурного профиля волны горения.It was experimentally established that the introduction of more than 12% of metallic aluminum in the form of powder in the form of powder is undesirable, since it leads to a rapid flow of a chemical reaction with the removal of reacting substances from the melting zone. Reducing the amount of powder less than 8% does not provide the required uniformity of the temperature profile of the combustion wave.

Для раскисления термитного металла, улучшения его химического состава и повышения механической прочности в термитные смеси вводят легирующие добавки в виде ферросплавов, главным образом ферросилиций и ферромарганец. Изменяя количество этих присадок, можно управлять в широких пределах химическим составом и механическими свойствами термитного металла, например предел прочности можно изменять с 40 до 75 кг/мм2.To deoxidize a termite metal, improve its chemical composition and increase its mechanical strength, alloys are introduced into thermite mixtures in the form of ferroalloys, mainly ferrosilicon and ferromanganese. By varying the amount of these additives, it is possible to control the chemical composition and mechanical properties of the termite metal over a wide range, for example, the tensile strength can be changed from 40 to 75 kg / mm 2 .

Недостаток применения ферросплавов заключается в их дороговизне.The disadvantage of using ferroalloys is their high cost.

Изучение окалины в виде отходов кузнечнопрессового и прокатного производств показало, что в ее состав входит хром, ванадий, марганец и силиций в виде оксидов, никель - в металлическом состоянии.The study of scale in the form of waste from the forging and rolling industries showed that it contains chromium, vanadium, manganese and silicon in the form of oxides, and nickel in the metallic state.

С целью снижения стоимости термитной смеси, уменьшения расхода ферросплавов, было предложено вводить в ее состав легирующие добавки в виде окалины, взятой после ковки и прокатки заготовок из легированных сталей.In order to reduce the cost of the thermite mixture, to reduce the consumption of ferroalloys, it was proposed to introduce alloys in its composition in the form of scale taken after forging and rolling billets of alloy steels.

Результаты исследования показали, что введение в состав термитной реакционной смеси легирующих добавок в виде окалины не только повышает экономичность за счет сокращения или полного отказа от дорогостоящих ферросплавов, но и существенно повышает качество выплавляемой стали за счет лучшего распределения добавок в ее структуре, сокращения потерь легирующих элементов при уносе со шлаком.The results of the study showed that the introduction of alloying additives in the form of scale into the composition of the thermite reaction mixture not only increases profitability by reducing or completely eliminating expensive ferroalloys, but also significantly improves the quality of smelted steel due to a better distribution of additives in its structure, reducing the loss of alloying elements when carried away with slag.

Ниже приведены примеры предложенных в изобретении алюминотермитных реакционных смесей для сварки железнодорожных рельсов методом промежуточного литья в процентном соотношении компонентов, с указанием их вида и состояния, гранулометрического состава.Below are examples of the invention proposed in the invention aluminothermic reaction mixtures for welding rail rails by intermediate casting in the percentage of components, indicating their type and condition, particle size distribution.

Смесь 1Mix 1

Оксиды железа, 65-70%, в полном объеме модифицированные прокаливанием при температуре в интервале 150-1000°С с дополнительной продувкой воздухом, и с размером частиц порядка 0,1-5,0 мм.Iron oxides, 65-70%, fully modified by calcination at a temperature in the range of 150-1000 ° C with additional purging with air, and with a particle size of about 0.1-5.0 mm.

Металлический алюминий, 15-20%, в виде частиц размером 1-1,5 мм.Aluminum metal, 15-20%, in the form of particles 1-1.5 mm in size.

Легирующие добавки, 5-10%, ферросплавы в виде гранул размером 1-5 мм.Alloying additives, 5-10%, ferroalloys in the form of granules 1-5 mm in size.

Стальной наполнитель, 5-10%, в виде частиц размером 1-5 мм.Steel filler, 5-10%, in the form of particles 1-5 mm in size.

Смесь 1 обеспечивает получение термитного металла высокого качества для сварки железнодорожных рельсов с использованием окалины в виде отходов металлургических и машиностроительных предприятий, что экономически выгодно.Mixture 1 provides high quality thermite metal for welding railway rails using scale in the form of waste from metallurgical and engineering enterprises, which is economically viable.

Смесь 2.Mixture 2.

Оксиды железа, 65-70%, в полном объеме модифицированные прокаливанием при температуре в интервале 150-1000°С с дополнительной продувкой воздухом и однородным по составу размером частиц порядка 3,5 мм.Iron oxides, 65-70%, fully modified by calcination at a temperature in the range of 150-1000 ° C with additional purging with air and a particle size of about 3.5 mm uniform in composition.

Металлический алюминий, 15-20%, в виде частиц размером 1,0-1,5 мм.Aluminum metal, 15-20%, in the form of particles with a size of 1.0-1.5 mm.

Легирующие добавки, 5-10%, ферросплавы в виде гранул размером 1-5 мм.Alloying additives, 5-10%, ferroalloys in the form of granules 1-5 mm in size.

Стальной наполнитель, 5-10%, в виде частиц размером 1-5 мм.Steel filler, 5-10%, in the form of particles 1-5 mm in size.

Смесь 2 обеспечивает стабильность протекания алюминотермитной химической реакции и повторяемость ее параметров, что позволяет получать термитную сталь высокого и стабильного качества.Mix 2 ensures the stability of the aluminothermic chemical reaction and the repeatability of its parameters, which allows to obtain thermite steel of high and stable quality.

При включении в рецептуру других размеров однородных частиц оксидов железа из диапазона 0,1-5,0 мм, обеспечит управление параметрами:When other sizes of homogeneous particles of iron oxides are included in the formulation from a range of 0.1-5.0 mm, it will provide control of the parameters:

скоростью реакции и временем выплавки стали, от которого зависит ее качество и качество сварки рельсов.the reaction rate and the time of steel smelting, on which its quality and the quality of rail welding depend.

Смесь 3.Mixture 3.

Оксиды железа, 65-70%, в полном объеме модифицированные прокаливанием при температуре в интервале 150-1000°С с дополнительной продувкой воздухом и однородным по составу размером частиц порядка 3,5 мм.Iron oxides, 65-70%, fully modified by calcination at a temperature in the range of 150-1000 ° C with additional purging with air and a particle size of about 3.5 mm uniform in composition.

Металлический алюминий, 15-20%, в виде частиц размером 0,1-1,5 мм.Aluminum metal, 15-20%, in the form of particles with a size of 0.1-1.5 mm.

Легирующие добавки, 5-10%, ферросплавы в виде гранул размером 1-5 мм.Alloying additives, 5-10%, ferroalloys in the form of granules 1-5 mm in size.

Стальной наполнитель, 5-10%, в виде частиц размером 1-5 мм.Steel filler, 5-10%, in the form of particles 1-5 mm in size.

Все компоненты размещены в виде равномерной связнодисперсной структурированной системы.All components are placed in the form of a uniform coherent dispersed structured system.

Смесь 3 содержит все компоненты в виде равномерной связнодисперсной структурированной системы, что обеспечивает наилучшие условия протекания химической реакции и полноту восстановления железа из окислов, ее стабильность и повторяемость, что гарантирует получение термитной стали высокого качества, надежность и долговечность сварного соединения рельсов, выполненного методом промежуточного литья.The mixture 3 contains all components in the form of a uniform coherent dispersed structured system, which ensures the best conditions for the chemical reaction and the completeness of iron reduction from oxides, its stability and repeatability, which guarantees the production of high quality thermite steel, reliability and durability of the welded joint of rails made by the intermediate casting method .

Смесь 4.Mixture 4.

Оксиды железа, 65-70%, в полном объеме модифицированные прокаливанием при температуре в интервале 150-1000°С с дополнительной продувкой воздухом и однородным по составу размером частиц порядка 3,5 мм.Iron oxides, 65-70%, fully modified by calcination at a temperature in the range of 150-1000 ° C with additional purging with air and a particle size of about 3.5 mm uniform in composition.

Металлический алюминий, 15-20%, двух фракционных составов: в виде пудры с частицами алюминия в виде слоистой структуры с частицами пластинчатой формы в количестве 8-12% (размер частиц 0,05 мм и менее) и остальное в виде порошка с частицами закругленной каплевидной формы (размером 1,0-1,5 мм):Aluminum metal, 15-20%, two fractional compositions: in the form of a powder with aluminum particles in the form of a layered structure with lamellar particles in the amount of 8-12% (particle size 0.05 mm or less) and the rest in the form of a powder with rounded particles drop-shaped (1.0-1.5 mm in size):

Легирующие добавки, 5-10%, ферросплавы в виде гранул размером 1-5 мм.Alloying additives, 5-10%, ferroalloys in the form of granules 1-5 mm in size.

Стальной наполнитель, 5-10%, в виде частиц размером 1-5 мм.Steel filler, 5-10%, in the form of particles 1-5 mm in size.

Все компоненты размещены в виде равномерной связнодисперсной структурированной системы.All components are placed in the form of a uniform coherent dispersed structured system.

Смесь 4 обеспечивает инициирование и практически одновременное протекание химической реакции в объеме смеси, ее повторяемость за счет создания равномерной волны горения с постоянным температурным профилем благодаря добавке алюминия в виде пудры, что существенно повышает качество и стабильность выплавляемой стали для сварки железнодорожных рельсов.Mixture 4 provides the initiation and almost simultaneous occurrence of a chemical reaction in the volume of the mixture, its repeatability due to the creation of a uniform combustion wave with a constant temperature profile due to the addition of aluminum in the form of powder, which significantly improves the quality and stability of the steel being smelted for welding rail rails.

Смесь 5.Mixture 5.

Оксиды железа, 60-65%, в полном объеме модифицированные прокаливанием при температуре в интервале 150-1000°С с дополнительной продувкой воздухом и однородным по составу размером частиц порядка 3,5 мм.Iron oxides, 60-65%, fully modified by calcination at a temperature in the range of 150-1000 ° C with additional purging with air and a particle size of about 3.5 mm uniform in composition.

Металлический алюминий, 15-20%, двух фракционных составов: в виде пудры с частицами алюминия в виде слоистой структуры с частицами пластинчатой формы в количестве 8-12% (размер частиц 0,05 мм и менее) и остальное в виде порошка с частицами закругленной каплевидной формы (размером 1,0-1,5 мм).Aluminum metal, 15-20%, two fractional compositions: in the form of a powder with aluminum particles in the form of a layered structure with lamellar particles in the amount of 8-12% (particle size 0.05 mm or less) and the rest in the form of a powder with rounded particles drop-shaped (size 1.0-1.5 mm).

Легирующие добавки, 10-15%, окалина в виде отходов кузнечнопрессового производства или прокатки заготовок из легированной стали с частицами размером 1-5 мм.Alloying additives, 10-15%, scale in the form of waste from the forging industry or the rolling of alloy steel billets with particles 1-5 mm in size.

Стальной наполнитель, 5-10%, в виде частиц размером 1-5 мм.Steel filler, 5-10%, in the form of particles 1-5 mm in size.

Все компоненты размещены в виде равномерной связнодисперсной структурированной системы.All components are placed in the form of a uniform coherent dispersed structured system.

Смесь 5, в которой взамен дорогостоящих ферросплавов применены легирующие добавки в виде окалины из отходов промышленного производства и передела легированной стали, обладает меньшей стоимостью и обеспечивает получение качественной стали для сварки железнодорожных рельсов методом промежуточного литья за счет лучшего распределения легирующих добавок, сокращения их потери при уносе со шлаком, повышает экономичность сварки.Mixture 5, in which alloying additives in the form of scale from industrial wastes and redistribution of alloyed steel are used instead of expensive ferroalloys, has a lower cost and provides high-quality steel for welding rail rails by the intermediate casting method due to better distribution of alloying additives, reduction of their loss during ablation with slag, increases the efficiency of welding.

Смесь 6.Mixture 6.

Оксиды железа, 60-65%, в полном объеме модифицированные прокаливанием при температуре в интервале 150-1000°С с дополнительной продувкой воздухом и однородным по составу размером частиц порядка 3,5 мм.Iron oxides, 60-65%, fully modified by calcination at a temperature in the range of 150-1000 ° C with additional purging with air and a particle size of about 3.5 mm uniform in composition.

Металлический алюминий, 15-20%, двух фракционных составов: в виде пудры с частицами алюминия в виде слоистой структуры с частицами пластинчатой формы в количестве 8-12% (размер частиц 0,05 мм и менее) и остальное в виде порошка с частицами закругленной каплевидной формы (размером 1,0-1,5 мм).Aluminum metal, 15-20%, two fractional compositions: in the form of a powder with aluminum particles in the form of a layered structure with lamellar particles in the amount of 8-12% (particle size 0.05 mm or less) and the rest in the form of a powder with rounded particles drop-shaped (size 1.0-1.5 mm).

Легирующие добавки, 10-15%, окалина в виде отходов после ковки заготовок из легированной стали с частицами размером 1-5 мм.Alloying additives, 10-15%, scale in the form of waste after forging of alloy steel billets with particles 1-5 mm in size.

Стальной наполнитель, 5-10%, в виде частиц размером 1-5 мм.Steel filler, 5-10%, in the form of particles 1-5 mm in size.

Все компоненты размещены в виде равномерной связнодисперсной структурированной системы, которая вакуумирована в эластичной воздухонепроницаемой упаковке.All components are placed in the form of a uniform coherent dispersed structured system that is evacuated in an elastic airtight package.

Смесь 6 обладает повышенными качествами для длительного хранения и транспортировки за счет использования фактора структурно-механической стабилизации путем вакуумирования готовой смеси в эластичной упаковке.The mixture 6 has improved qualities for long-term storage and transportation due to the use of the structural and mechanical stabilization factor by evacuating the finished mixture in an elastic package.

Смесь сохраняет длительное время, включая транспортировку, все параметры, обеспечивающие получение качественной стали для сварки железнодорожных рельсов методом промежуточного литья.The mixture saves a long time, including transportation, all the parameters that provide high-quality steel for welding rail rails by the method of intermediate casting.

Пример приготовления алюминотермитной реакционной смеси для сварки железнодорожных рельсов методом промежуточного литья показан на принципиальной технологической схеме (Фиг.1).An example of the preparation of aluminothermic reaction mixture for welding of rail rails by the method of intermediate casting is shown in the flow diagram (Figure 1).

В состав производственной линии входит следующее оборудование для выполнения технологических операций: бункеры накопительные исходного сырья - металлического алюминия крупной фракции 1, мелкой фракции 2, окалины легирующих элементов 3, стального наполнителя 4, оксидов железа 5, транспортер 6, бункеры загрузочные 7, измельчитель молотковый 8, сепаратор магнитный 9, контейнеры технологические 10, питатель 11, печь барабанная проходная 12, вентилятор 13, сито вибрационное 14, смеситель 15, агрегат фасовочный 16, установка вакуумирования с аппаратом для герметизации сваркой полимерной упаковки 17.The production line includes the following equipment for carrying out technological operations: storage bins for feedstock - large-sized metal aluminum 1, small fraction 2, alloying element scale 3, steel filler 4, iron oxides 5, conveyor 6, loading bunkers 7, hammer mill 8 , magnetic separator 9, technological containers 10, feeder 11, continuous drum furnace 12, fan 13, vibrating sieve 14, mixer 15, packing unit 16, vacuum unit with apparatus for sealing the plastic packaging 17 by welding.

При приготовлении алюминотермитной реакционной смеси для сварки железнодорожных рельсов выполняют следующие операции. Бункеры накопительные 1-5 заполняют по назначению исходным сырьем. Оксиды железа из бункера 5 транспортером 6 направляют в загрузочный бункер 7 молоткового измельчителя 8, где происходит их переработка. Измельченные до однородного по размеру частиц состояния оксиды железа поступают в загрузочный бункер 7 магнитного сепаратора 9. Отходы сепарации сбрасывают в контейнер 10, а отсепарированный продукт через загрузочный бункер 7 поступает в питатель 11 барабанной проходной печи 12, где происходит процесс модификация оксидов железа прокаливанием при дополнительной подаче воздуха вентилятором 13. Из барабанной проходной печи модифицированные оксиды железа через загрузочный бункер 7 поступают в вибрационное сито 14, где осуществляется дополнительное фракционирование и повышение однородности по размерам модифицированных оксидов железа, а отсев удаляется в контейнеры 10.When preparing the aluminothermic reaction mixture for welding railway rails, the following operations are performed. Storage bins 1-5 are filled as intended with raw materials. Iron oxides from the hopper 5 by conveyor 6 are sent to the feed hopper 7 of the hammer mill 8, where they are processed. Ground to a uniform particle size state, iron oxides enter the feed hopper 7 of the magnetic separator 9. Separation waste is discharged into the container 10, and the separated product through the feed hopper 7 enters the feeder 11 of the drum feed kiln 12, where the process of modifying the iron oxides by calcination with additional air supply by the fan 13. From the drum continuous furnace, the modified iron oxides through the feed hopper 7 enter the vibrating sieve 14, where complete fractionation and increased uniformity in size of modified iron oxides, and screening is removed into containers 10.

Готовый для рецептуры оксид железа направляют в смеситель 15, куда одновременно добавляют расчетные количества остальных компонентов смеси из накопительных бункеров 1-4. В смесителе производят процесс образования связнодисперсной структурированной системы, которая представляет собой готовую смесь. Из смесителя готовая смесь поступает в фасовочный агрегат 16, а затем в вакуумный пресс, где с помощью вакуума происходит стабилизация дисперсной системы в эластичной воздухонепроницаемой упаковке, что исключает расслоение компонентов при транспортировке потребителю, обеспечивает стабильность и качество смеси.Ready for the formulation, the iron oxide is sent to the mixer 15, where the calculated quantities of the remaining components of the mixture from the storage bins 1-4 are simultaneously added. The mixer produces the formation of a coherent dispersed structured system, which is a finished mixture. From the mixer, the finished mixture enters the packaging unit 16, and then into the vacuum press, where the dispersed system is stabilized in a flexible airtight packaging using vacuum, which eliminates the delamination of the components during transportation to the consumer, ensures stability and quality of the mixture.

В рамках патентуемого изобретения возможны и другие компоновки технологического оборудования.In the framework of the patented invention, other arrangements of technological equipment are possible.

Применение указанных смесей для термитной сварки рельсов методом промежуточного литья подтвердило, что они обеспечивают получение стали высокого качества, близкой по химическому составу и прочностным характеристикам к металлу соединяемых рельсов.The use of these mixtures for thermite welding of rails by the method of intermediate casting confirmed that they provide high-quality steel that is close in chemical composition and strength characteristics to the metal of the rails being joined.

Так, например, результаты испытаний показали, что значения прочности нескольких десятков тысяч сварных швов, например, для рельсов Р65, уложенных в путях общего пользования РЖД России, по контролируемой разрушающей нагрузке в зоне растяжения подошвы испытываемых натурных образцов на пролете 1 м стабильны и превышают нормируемый показатель 1340 кН.For example, the test results showed that tensile strengths of several tens of thousands of welds, for example, for R65 rails laid in the public railways of Russian Railways, according to the controlled breaking load in the tensile zone of the soles of the tested full-scale samples at a span of 1 m are stable and exceed the normalized indicator 1340 kN.

Анализ промышленных испытаний на железных дорогах в различных климатических зонах подтвердил, что предложенные алюминотермитные реакционные смеси для сварки железнодорожных рельсов методом промежуточного литья обеспечивают повторяемость результатов по химическому составу стали сварного шва и его прочности, позволяют управлять параметрами алюминотермитной химической реакции, что дает возможность выполнять надежную сварку рельсов с различным химическим составом.An analysis of industrial tests on railways in different climatic zones confirmed that the proposed aluminothermic reaction mixtures for welding rail rails by the intermediate casting method provide repeatable results on the chemical composition of the weld steel and its strength, allow controlling the parameters of the aluminothermic chemical reaction, which makes it possible to perform reliable welding rails with different chemical composition.

Использование для приготовления смесей промышленных отходов обычной железной и легированной окалины, обеспечение сохранения их параметров при транспортировке к месту сварки, за счет исключения расслоения, позволяет достичь поставленную задачу и приносит существенный экономический эффект.The use of ordinary iron and alloyed scale for the preparation of industrial waste mixtures, ensuring the preservation of their parameters during transportation to the welding site, by eliminating delamination, allows us to achieve the assigned task and brings a significant economic effect.

Claims (9)

1. Алюминотермитная реакционная смесь для сварки железнодорожных рельсов методом промежуточного литья, содержащая в стехиометрическом соотношении оксиды железа в виде промышленных отходов, металлический алюминий в качестве восстановителя, легирующие добавки в виде ферросплавов и металлов и стальной наполнитель, отличающаяся тем, что в качестве оксидов железа она содержит окалину, модифицированную в полном объеме прокаливанием при температуре в интервале 150-1000°С с одновременной продувкой воздухом, при этом все компоненты смеси перемешаны до равномерного распределения компонентов в объеме смеси и образования связнодисперсной структурированной системы, которая стабилизирована путем вакуумирования в эластичной воздухонепроницаемой упаковке.1. Aluminothermic reaction mixture for welding rail rails by the method of intermediate casting, containing in a stoichiometric ratio iron oxides in the form of industrial waste, metal aluminum as a reducing agent, alloying additives in the form of ferroalloys and metals and a steel filler, characterized in that it is used as iron oxides contains scale, modified in full by calcination at a temperature in the range of 150-1000 ° С with simultaneous air purging, while all components of the mixture are alternating This means that the components are distributed evenly in the volume of the mixture and the formation of a coherent dispersed structured system that is stabilized by evacuation in an elastic, airtight package. 2. Смесь по п.1, отличающаяся тем, что она содержит окалину с однородными по размеру частицами, выбранными из диапазона частиц с размером 0,1-5 мм, обеспечивающими заданную скорость реакции и интервал времени для выплавки стали.2. The mixture according to claim 1, characterized in that it contains a scale with uniformly sized particles selected from a range of particles with a size of 0.1-5 mm, providing a given reaction rate and a time interval for steelmaking. 3. Смесь по п.1, отличающаяся тем, что она содержит металлический алюминий двух фракций в виде пудры в количестве 8-12 мас.% и в виде порошка - остальное.3. The mixture according to claim 1, characterized in that it contains metallic aluminum of two fractions in the form of powder in an amount of 8-12 wt.% And in the form of a powder - the rest. 4. Смесь по п.1, отличающаяся тем, что в качестве легирующих добавок она содержит окалину, взятую после ковки или прокатки заготовок из легированной стали.4. The mixture according to claim 1, characterized in that as alloying additives it contains scale taken after forging or rolling billets of alloy steel. 5. Способ приготовления алюмотермитной реакционной смеси для сварки железнодорожных рельсов методом промежуточного литья, включающий смешивание в стехиометрическом соотношении оксидов железа в виде окалины, металлического алюминия в качестве восстановителя, легирующих добавок в виде ферросплавов и металлов и стального наполнителя, отличающийся тем, что перед смешиванием окалину модифицируют в полном объеме прокаливанием при температуре в интервале 150-1000°С с одновременной продувкой воздухом, смешивание проводят до равномерного распределения компонентов в объеме смеси и образования связнодисперсной структурированной системы и осуществляют стабилизацию связнодисперсной структурированной системы путем вакуумирования в эластичной воздухонепроницаемой упаковке.5. A method of preparing an aluminothermic reaction mixture for welding rail rails by the method of intermediate casting, comprising mixing in a stoichiometric ratio of iron oxides in the form of scale, aluminum metal as a reducing agent, alloying additives in the form of ferroalloys and metals and steel filler, characterized in that before mixing the scale modify in full by calcination at a temperature in the range of 150-1000 ° C with simultaneous purging with air, mixing is carried out until uniform distribution of components in the volume of the mixture and the formation of a coherent dispersed structured system and carry out stabilization of the coherent dispersed structured system by evacuation in an elastic airtight package. 6. Способ по п.5, отличающийся тем, что используют окалину с однородными по размеру частицами, выбранными из диапазона частиц с размером 0,1-5 мм.6. The method according to claim 5, characterized in that the use of scale with uniform in size particles selected from a range of particles with a size of 0.1-5 mm 7. Способ по п.5, отличающийся тем, что используют металлический алюминий двух фракций в виде пудры в количестве 8-12 мас.% и в виде порошка - остальное.7. The method according to claim 5, characterized in that the metal aluminum of two fractions is used in the form of powder in an amount of 8-12 wt.% And in the form of a powder - the rest. 8. Способ по п.5, отличающийся тем, что в качестве легирующих добавок в смесь вводят окалину, взятую после ковки или прокатки заготовок из легированной стали.8. The method according to claim 5, characterized in that as alloying additives in the mixture enter the scale taken after forging or rolling billets of alloy steel. 9. Технологическая линия для приготовления алюмотермитной реакционной смеси для сварки железнодорожных рельсов методом промежуточного литья, содержащая накопительный бункер для оксидов железа в виде окалины, связанный транспортером с измельчителем окалины, магнитный сепаратор, печь прокаливания с вентилятором, вибрационное сито для фракционирования модифицированной окалины, смеситель для образования готовой смеси в виде связнодисперсной структурированной системы, фасовочный агрегат с вакуумным прессом для вакуумирования воздухопроницаемой упаковки с готовой смесью и аппаратом для герметизации указанной упаковки, при этом смеситель связан с накопительными бункерами для металлического алюминия крупной фракции и мелкой фракции, легирующих добавок в виде окалины и стального наполнителя. 9. A processing line for the preparation of an aluminothermic reaction mixture for welding rail rails by the method of intermediate casting, containing a storage hopper for iron oxides in the form of scale, connected by a conveyor to a scale mill, a magnetic separator, an annealing furnace with a fan, a vibrating sieve for fractionating modified scale, a mixer for formation of the finished mixture in the form of a coherent dispersed structured system, a packaging unit with a vacuum press for evacuating air ronitsaemoy packaging with finished mixture and apparatus for sealing said package, wherein the mixer is connected with collecting hoppers for aluminum metal coarse fraction and fine fraction, in the form of dopants and the steel slag filler.
RU2010133287/02A 2010-08-10 2010-08-10 Aluminothermic reaction mix for welding railway rails by intermediate casting RU2446928C1 (en)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU2010133287/02A RU2446928C1 (en) 2010-08-10 2010-08-10 Aluminothermic reaction mix for welding railway rails by intermediate casting

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU2010133287/02A RU2446928C1 (en) 2010-08-10 2010-08-10 Aluminothermic reaction mix for welding railway rails by intermediate casting

Publications (1)

Publication Number Publication Date
RU2446928C1 true RU2446928C1 (en) 2012-04-10

Family

ID=46031593

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
RU2010133287/02A RU2446928C1 (en) 2010-08-10 2010-08-10 Aluminothermic reaction mix for welding railway rails by intermediate casting

Country Status (1)

Country Link
RU (1) RU2446928C1 (en)

Cited By (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
RU2578271C1 (en) * 2014-10-08 2016-03-27 Александр Сергеевич Козлов Aluminium thermite mixture for welding steel elements and method for aluminium thermite welding of steel elements
RU2684656C1 (en) * 2018-02-05 2019-04-11 Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования "Петербургский государственный университет путей сообщения Императора Александра I" ФГБОУ ВО ПГУПС Heat-insulating mass
RU2685453C1 (en) * 2018-07-12 2019-04-18 Общество с ограниченной ответственностью "ПроТермит" Method of making a thermite mixture for welding rails by intermediate casting method
RU2685454C1 (en) * 2018-07-12 2019-04-18 Общество с ограниченной ответственностью "ПроТермит" Processing line for making thermite mixture for rails welding by intermediate casting method
RU2783434C1 (en) * 2022-04-12 2022-11-14 Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования "Сибирский государственный индустриальный университет", ФГБОУ ВО "СибГИУ" Thermite reaction mixture for railway rail welding

Citations (8)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
GB568453A (en) * 1942-09-30 1945-04-05 Ind De L Aluminium Sa An improved method of welding metal bodies
GB581888A (en) * 1941-11-14 1946-10-29 Pierre Adeline Improvements in the production of steel and alloys
GB1223977A (en) * 1968-11-12 1971-03-03 Goldschmidt Ag Th Aluminothermic reaction mixture
US4033502A (en) * 1975-06-26 1977-07-05 Rothchild Ronald D Economical and laborsaving reinforcing bar coupler
GB1522956A (en) * 1975-10-28 1978-08-31 Goricon Metallurg Services Method of reinforcing or repairing a metal body
SU900978A1 (en) * 1980-04-11 1982-01-30 Челябинский государственный институт по проектированию металлургических заводов "Челябгипромез" Set for preparing multi-component powder mixtures
SU1503997A1 (en) * 1987-06-09 1989-08-30 Белорусское республиканское научно-производственное объединение порошковой металлургии Automatic line for preparing multicomponent powder mixtures
RU2353489C1 (en) * 2007-07-18 2009-04-27 Государственное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Алтайский государственный технический университет им. И.И. Ползунова" (АлтГТУ) Method of welding metals

Patent Citations (8)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
GB581888A (en) * 1941-11-14 1946-10-29 Pierre Adeline Improvements in the production of steel and alloys
GB568453A (en) * 1942-09-30 1945-04-05 Ind De L Aluminium Sa An improved method of welding metal bodies
GB1223977A (en) * 1968-11-12 1971-03-03 Goldschmidt Ag Th Aluminothermic reaction mixture
US4033502A (en) * 1975-06-26 1977-07-05 Rothchild Ronald D Economical and laborsaving reinforcing bar coupler
GB1522956A (en) * 1975-10-28 1978-08-31 Goricon Metallurg Services Method of reinforcing or repairing a metal body
SU900978A1 (en) * 1980-04-11 1982-01-30 Челябинский государственный институт по проектированию металлургических заводов "Челябгипромез" Set for preparing multi-component powder mixtures
SU1503997A1 (en) * 1987-06-09 1989-08-30 Белорусское республиканское научно-производственное объединение порошковой металлургии Automatic line for preparing multicomponent powder mixtures
RU2353489C1 (en) * 2007-07-18 2009-04-27 Государственное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Алтайский государственный технический университет им. И.И. Ползунова" (АлтГТУ) Method of welding metals

Cited By (8)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
RU2578271C1 (en) * 2014-10-08 2016-03-27 Александр Сергеевич Козлов Aluminium thermite mixture for welding steel elements and method for aluminium thermite welding of steel elements
RU2684656C1 (en) * 2018-02-05 2019-04-11 Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования "Петербургский государственный университет путей сообщения Императора Александра I" ФГБОУ ВО ПГУПС Heat-insulating mass
RU2685453C1 (en) * 2018-07-12 2019-04-18 Общество с ограниченной ответственностью "ПроТермит" Method of making a thermite mixture for welding rails by intermediate casting method
RU2685454C1 (en) * 2018-07-12 2019-04-18 Общество с ограниченной ответственностью "ПроТермит" Processing line for making thermite mixture for rails welding by intermediate casting method
RU2783435C1 (en) * 2022-02-25 2022-11-14 Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования "Сибирский государственный индустриальный университет", ФГБОУ ВО "СибГИУ" Thermite reaction mixture for railway rail welding
RU2783434C1 (en) * 2022-04-12 2022-11-14 Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования "Сибирский государственный индустриальный университет", ФГБОУ ВО "СибГИУ" Thermite reaction mixture for railway rail welding
RU2785707C1 (en) * 2022-04-12 2022-12-12 Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования "Сибирский государственный индустриальный университет", ФГБОУ ВО "СибГИУ" Thermite reaction mixture for railway rail welding
RU2797469C1 (en) * 2022-08-23 2023-06-06 Александр Сергеевич Козлов Aluminothermic mixture for welding metal elements

Similar Documents

Publication Publication Date Title
US11666970B2 (en) Systems and methods for continuous production of gas atomized metal powders
RU2446928C1 (en) Aluminothermic reaction mix for welding railway rails by intermediate casting
JP2009530492A5 (en)
JP5950098B2 (en) Method for producing sintered ore
JPH06145836A (en) Production of alloy utilizing aluminum slag
JP2018513921A (en) Method for producing iron-silicon-aluminum alloy
US1869925A (en) Article for introducing materials in a metallurgical bath
RU2578271C1 (en) Aluminium thermite mixture for welding steel elements and method for aluminium thermite welding of steel elements
Park et al. Metal-slag Separation Behaviors of Pellets Consisted of Iron, Graphite and CaO–Al2O3 Based Slag Powders
JP5910069B2 (en) Desulfurization agent, hot metal desulfurization treatment method using the desulfurization agent, and hot metal desulfurization treatment method using refractory
Safronov et al. SHS ferroaluminum obtained from the disperse waste of engineering
RU2738742C2 (en) Method of processing lumpy material for producing high-quality steel
RU2612246C1 (en) Method of steelmaking in basic oxygen furnace
RU2094478C1 (en) Composition blend for conversion
JP2003013125A (en) Granular metal iron and manufacturing method therefor
Zheng et al. Effect of reduction parameters on the size and morphology of the metallic particles in carbothermally reduced stainless steel dust
JP2654335B2 (en) Metallothermic reaction mixture
JPH09118911A (en) Granular state complex refining material
US20070221012A1 (en) Scrap bale for steel making process
US2991174A (en) Process of producing chromium steel
WO2007008181A2 (en) Manufacturing method for complex steel deoxidizer
JP6624124B2 (en) Method of using powder raw material and method of melting molten metal
Ikornikov et al. MILL SCALE WASTE REPROCESSING BY CENTRIFUGAL METALLOTHERMIC SHS FOR PRODUCTION OF CAST FERROALLOYS Fe−(Si; Si–Al; B; B–Al)
AU2007217051A1 (en) Method of making steel
Jung et al. Reduction behavior of self-reducing pellets of chromite and Si sludge with and without carbon

Legal Events

Date Code Title Description
MM4A The patent is invalid due to non-payment of fees

Effective date: 20120811